一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法技术

本发明专利技术公开了一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法，涉及技术领域。本发明专利技术包括如下步骤：定义机械臂及加油口各部分的坐标系；定义机械臂开加油盖中间过程各坐标系；计算出机械臂的移动时对应的机械臂的关节角；求O

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法


[0001]本专利技术属于
，特别是涉及一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法，即为求解机械臂自动加油过程中最优的机械臂位姿与夹爪旋转角度。

技术介绍

[0002]机械臂自动加油过程中，机械臂首先需要通过末端夹爪拧开加油盖，由于主流的加油盖上都包含有拧柄，且每次加完油加油盖拧柄的方向是随机的，这就导致机械臂拧加油盖时末端工具坐标系移动到的位置是随机的，此时夹爪旋转角度与机械臂拧加油盖时的位姿密切相关，若不考虑夹爪旋转角度与机械臂移动位姿，则很有可能使得机械臂移动过程中进入奇异点或者断点状态。所以在加油盖方向随机分布的前提下，如何保证机械臂开加油盖时的位姿与夹爪旋转角度最优，从而尽最大可能降低机械臂进入奇异点和断点状态的概率。
[0003]本申请文件中涉及到的专业术语解释如下：
[0004](1)奇异点：机械臂在该位姿时产生某一关节产生剧烈运动；
[0005](2)断点：机械臂任意关节到达限位时对应的机械臂位姿；
[0006](3)机械臂末端工具坐标系在移动至目标位姿之前，为了保证移动过程中无碰撞，需要保证机械臂沿O
paw
坐标系的z轴方向移动，为沿这一方向设定的一安全距离；
[0007](4)O
7_tar
坐标系：与O
obj
坐标系相同；
[0008](5)坐标系Rx方向：绕坐标系的x方向旋转；
[0009](6)坐标系Ry方向：绕坐标系的y方向旋转。
[0010]本申请文件提供了一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法，即为求解这一运动过程中最优的机械臂位姿与夹爪旋转角度，能够有效解决上述问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法，通过算法实现，机械臂开加油盖过程中，利用夹具上的可旋转夹爪将加油盖拧开的最优路径求取方法，解决了现有的机械臂自动加油过程中机械臂容易进入奇异点和断电状态的问题。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0013]本专利技术为一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法，包括如下步骤：
[0014]步骤S1：添加加油抓与加油盖图片；
[0015]步骤S2：定义机械臂及加油口各部分的坐标系；
[0016]步骤S3：定义机械臂开加油盖中间过程各坐标系；
[0017]步骤S4：计算出机械臂的O
paw
坐标系移动到O
paw_temp
坐标系时对应的机械臂的关节角θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6，与对应的夹爪要旋转的角度θ7；
[0018]步骤S5：求O
obj
坐标系的z轴单位向量在O
paw_temp
坐标系下的描述；
[0019]步骤S6：求O
b
坐标系下的z轴单位向量在O
paw_temp
坐标系下的描述；
[0020]步骤S7：根据结果，推导出机械臂由当前位姿移动至末端与加油盖拧柄契合过程。
[0021]作为一种优选的技术方案，所述步骤S2中，定义机械臂及加油口各部分的坐标系，包括O
b
、O6、O
paw
、O7和O
obj
；
[0022]其中，O
b
代表机械臂的基坐标系；O6代表机械臂的默认工具坐标系；O
paw
代表固定夹爪坐标系，位于夹爪上且与O6坐标系位姿关系固定；O7代表转动夹爪坐标系，O7与O
paw
坐标系z轴重合，且与O
paw
坐标系同原点；O
obj
代表目标坐标系，O
obj
坐标系一般由外部传感器测得，然后发送给机械臂控制器。
[0023]作为一种优选的技术方案，所述步骤S3中，机械臂开加油盖流程如下：
[0024]步骤S31：机械臂先移动至O
7_temp
位姿；
[0025]步骤S32：夹爪旋转θ7使得O
7_temp
与O
7_tar
坐标系位姿相同，其中O
7_tar
坐标系即代表O
obj
坐标系；
[0026]步骤S33：机械臂移动使得机械臂末端工具坐标系O7与O
7_tar
坐标系重合；
[0027]步骤S34：夹爪与加油盖拧柄契合动作完成。
[0028]作为一种优选的技术方案，所述步骤S4中，要满足机械臂末端工具坐标系O7移动至O
7_tar
位姿路径最优，则O
paw_temp
坐标系必须满足两点约束条件，如下：
[0029]第一点约束条件：O
paw_temp
坐标系的x轴与O
b
坐标系的xoy平面平行；第二点约束条件：O
paw_temp
坐标系的x轴与O
obj
坐标系的z轴垂直。
[0030]作为一种优选的技术方案，所述步骤S5中，O
obj
坐标系的z轴单位向量在O
paw_temp
坐标系下的描述为：
[0031][0032]式中，
paw_temp
Z
7_tar
代表O
7_tar
坐标系的z轴单位向量在O
paw_temp
坐标系中的描述；代表当前夹爪绕O
paw
坐标系的z轴旋转了初始夹角θ
7_0
后得到的旋转矩阵，用于描述旋转夹爪坐标系O7相对于固定夹爪坐标系O
paw
的位姿变换；由于则夹爪初始角度θ
7_0
通过角度传感器读出来。
[0033]作为一种优选的技术方案，所述θ7为夹爪要旋转的角度，则：
[0034][0035]式中，
[0036]若两向量垂直则两向量内积为零，则O
paw_temp
坐标系的x轴单位向量点乘O
7_tar
坐标系的z轴单位向量等于零，建立方程：
[0037][0038]作为一种优选的技术方案，所述步骤S6中，求O
b
坐标系下的z轴单位向量在O
paw_temp
坐标系下的描述为：
[0039][0040]式中，
[0041][0042]令
[0043][0044]由此可得，
[0045][0046]求得θ7后，即可求得后，即可求得可通过工具坐标系标定结果得出，进而求得，
[0047][0048]即机械臂第六轴默认工具坐标系的姿态。
[0049]作为一种优选的技术方案，所述步骤S7中，出机械臂由当前位姿移动至末端与加油盖拧柄契合过程如下：
[0050]步骤S71：计算θ7，获取θ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：添加加油抓与加油盖图片；步骤S2：定义机械臂及加油口各部分的坐标系；步骤S3：定义机械臂开加油盖中间过程各坐标系；步骤S4：计算出机械臂的O
paw
坐标系移动到O
paw_temp
坐标系时对应的机械臂的关节角θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6，与对应的夹爪要旋转的角度θ7；步骤S5：求O
obj
坐标系的z轴单位向量在O
paw_temp
坐标系下的描述；步骤S6：求O
b
坐标系下的z轴单位向量在O
paw_temp
坐标系下的描述；步骤S7：根据结果，推导出机械臂由当前位姿移动至末端与加油盖拧柄契合过程。2.根据权利要求1所述的一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法，其特征在于，所述步骤S2中，定义机械臂及加油口各部分的坐标系，包括O
b
、O6、O
paw
、O7和O
obj
；其中，O
b
代表机械臂的基坐标系；O6代表机械臂的默认工具坐标系；O
paw
代表固定夹爪坐标系，位于夹爪上且与O6坐标系位姿关系固定；O7代表转动夹爪坐标系，O7与O
paw
坐标系z轴重合，且与O
paw
坐标系同原点；O
obj
代表目标坐标系，O
obj
坐标系一般由外部传感器测得，然后发送给机械臂控制器。3.根据权利要求1所述的一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法，其特征在于，所述步骤S3中，机械臂开加油盖流程如下：步骤S31：机械臂先移动至O
7_temp
位姿；步骤S32：夹爪旋转θ7使得O
7_temp
与O
7_tar
坐标系位姿相同，其中O
7_tar
坐标系即代表O
obj
坐标系；步骤S33：机械臂移动使得机械臂末端工具坐标系O7与O
7_tar
坐标系重合；步骤S34：夹爪与加油盖拧柄契合动作完成。4.根据权利要求1所述的一种机械臂开加油盖时最优路径求取方法，其特征在于，所述步骤S4中，要满足机械臂末端工具坐标系O7移动至O
7_tar
位姿路径最优，则O
paw_temp
坐标系必须满足两点约束条件，如下：第一点约束条件：O
p...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶继超，姜波，
申请(专利权)人：合肥智行通智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：